热浸镀锌板的锌花颜色差异原因
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第41卷第5期2020年5月
Vol.41No.5
May2020
腐蚀与防护
CORROSK)N&PROTECTION
1X)1:10.11973fsyfh-202005003热浸镀锌板的锌花颜色差异原因
袁清「,徐光I,戴方钦I,郭丽涛',李运成[,黄浩]
(1.武汉科技大学耐火材料与冶金国家重点实验室,武汉430081; 2.山东冠洲股份有限公司.聊城252500;
3.黄石山力兴冶薄板有限公司,黄石435100)
摘要:热浸镀锌板表面出现的亮色与暗灰色锌花是一种表面缺陷.采用扫描电子显微镜.能谱仪及X射线衍射分析仪.观察并分析了亮色与暗灰色锌花处的镀层横截面组织与化学成分。
结果表明:亮色锌花处镀层最外层几乎不含A1元素,暗灰色锌花处镀层最外层含有大量A1元素及少量Fe元素。
产生暗灰色锌花的主要原因是锌液中微量元素在晶界处堆积.腐蚀晶界•降低镀层的耐蚀性.使镀层中A1元素及基体金属中的Fe元素与外界()结合生成宏观上呈暗灰色的金属化合物AbCh与Fe:<(》。
在夏天高温或潮湿环境中,暗灰色锌花更加明显。
建议在夏天高温环境中生产的镀锌板放置于低温且干燥的专用仓库中•以保证镀锌板的表面质量。
关键词:热浸镀锌板;锌花;亮区;暗灰区;氧化
中图分类号:TG142.1文献标志码:A文章编号:1005-748X(2020)05-0011-05
Reasons of Color Difference for Spangles of Hot Dip Galvanized Sheets
YUAN Qi ng',XU Guang1,DAI Fangqin1,GUO Litao2.LI Y uncheng3,HUANG Hao1
(1.The State Key Laboratory of Refractories and Metallurgy.Wuhan University of Science and Technology・Wuhan430081,
China;2.Shandong Guanzhou Co.,Ltd.,Liaocheng252500.China; 3.Huangshi Sunny Xinye Strip Co.•Ltd..
Huangshi435100,China)
Abstract:Bright and dark grey spangles on the surface of hot clip galvanized sheets is a kind of surface defect.
Scanning electron microscopy・energy dispersive spectroscopy and X-ray diffraction were used to observe and analyze the cross-sectional microstructure and chemical compos让ion of the coating at the position of bright and dark grey spangles.The results show that there was almost no Al in the outermost layer of bright spangles,while a large amount of Al and a small amount of Fe were detected in the outermost layer of dark grey spangles.Microelements in the galvanizing zinc preferred to accumulate in the grain boundaries and thus corroded the grain boundaries,which damaged the corrosion resistance of coating.The element Al in the coating and element Fe in the matrix would combine with()and form metallic compound AU()3and Fe3Oi・showing macroscopic dim gray morphology.Dark grey spangles were easier to appear in hot summer or humid environment,therefore,the hot dip galvanized sheets produced in summer should be placed in low temperature and dry warehouse to ensure the surface quality.
Key words:hot dip galvanized sheet;spangles;bright area;dark grey area;oxidation
热浸镀锌板具有良好的外观,广泛用于建筑、轻工、汽车、家电、电子、农牧渔业、商品包装等行业
热浸镀锌板的主要制作工艺流程为:上卷f开卷f
收稿日期:2018-10-15
基金项目:国家自然科学基金项目(51874216);国家自然科学基金青年基金项目(51274154);湖北省技术创新重大项目(2017AAA116);河北钢铁联合研究基金(E2018318013)通信作者:徐光(1961-).教授.博士.主要研究方向为金属加工工艺、金属材料组织和性能控制等•156****0996.xu-guang@ 切头f焊接〜入口活套-*加热还原一镀锌f空气冷却一水淬冷却f干燥〜拉矫〜钝化f出口活套〜涂油亠分切一卷取一卸卷亠包装团。
热浸镀锌板表面常有锌花出现•锌花可因尺寸分为大锌花、小锌花与零锌花。
出现锌花的主要原因是锌液中含有少量的合金元素•如铅、诵、锡、钮、铝等.这些元素能够促进锌花的形核与长大.甚至改变锌晶体的结晶方向“句。
一般而言.热浸镀锌板表面的锌花呈光亮色•能显著提高热轧板卷的耐蚀性与美观性.但有时镀锌板放置一段时间后.表面部分锌花的颜色会变暗•呈
•11•
袁清,等:热浸镀锌板的锌花颜色差异原因
暗灰色,镀锌板表面呈现的亮色与灰色相间的锌花
影响了其表面美观。
目前.对于锌花的形成机制及
耐蚀性已有较多研究3叭但是关于岀现明暗相间
锌花的原因还未明确。
因此,为了探明暗灰色锌花
形成的原因,本工作对其进行显微组织观察,能谱及
X射线衍射(XRD)分析,以期找出锌花颜色变暗的
原因。
1试验
试验材料为产自国内某冷轧镀锌生产线的热浸镀锌板,其化学成分(质量分数)为:0.034%C, 0.013%Si,0.22%Mn,0.017%P,0.009%S,以及其他微量元素如Ti等。
在热浸镀锌板上截取尺寸为6mmX4mm的亮区锌花与暗灰色锌花试样,镶嵌磨抛后采用酒精溶液清洗,清除试样表面油污,然后采用Nova400Nano场发射电子显微镜(SEM)观察试样截面(镀层横截面)形貌,并对镀锌层进行能谱分析。
此外.对暗灰色锌花表面进行XRD分析,采用钻靶,加速电压为30kV,电流为15mA0
2结果与讨论
由图1可见:镀锌板表面锌花呈现亮色与暗灰色相间的形貌。
其中亮色锌花为等轴六边形,无触感,而暗灰色锌花呈现不规则形状.有明显的触感。
图1热镀锌板表面锌花的宏观形貌
Fig.1Macro morphology of spangles on the surface of
hot dip galvanized sheet
由图2可见:暗灰色锌花处镀层厚度约为22.5pm,略小于亮色锌花镀层处的26.9有文献指出囚,暗灰色锌花使镀锌板表面粗糙,有明显凹陷触感,这与暗灰色锌花处镀层厚度略小是对应的。
为了比较亮色锌花与暗灰色锌花处的化学成分差异,对其进行能谱分析,见图3和表1。
可以看
(a)亮色锌花处
(b)暗色锌花处
图2热镀锌板不同位置的截面形貌
Fig.2Cross-section morphology of hot dip galvanized sheet at the positions of bright spangles(a)
and dark grey spangles(b)
出,亮色锌花处镀层最外层(图谱1)主要为Zn,夹杂着极少量的()元素,()元素很可能来自于试样表面夹带的空气中的(),最外层几乎不含A1元素。
而在镀层与金属基体的交界处(图谱3)A1元素含量明显上升.这主要是因为A1对Fe的亲和力很强,锌液中A1优先在金属基体表面形成致密且薄的Fe-Al金属化合物,如Fe2Al5.FeAl3等,该金属化合物牢固地黏附在金属基体表面.起到黏附镀层的媒介作用,同时.还能抑制脆性Fe-Zn合金层的生长,从而改善镀层的韧性。
Mn元素作为合金元素有外扩散的能力.因此.在镀层最外层可检测到微量Mn元素。
由图4可见:Zn元素从镀层最外层到最内层相对均匀,而A1元素从最外层到最内层逐渐增多,最外层几乎不存在AI,由此可以断定镀层最外层不含A12O3等宏观上呈暗灰色的金属化合物。
由图5和表2可见:灰暗色锌花处镀层最外层(图谱1)主要为Zn,还夹杂着()、Al、Fe元素,与亮色锌花处镀层相比,A1元素含量明显增多且出现少量Fe元素。
结合图6结果可以断定,最外层除了纯锌相和中间金属相外,还存在Al2()3与铁的氧化物(Fe3()Q。
Al2O3薄膜与少量Fe;;0』的形成主
•12
•
袁清,等:热浸镀锌板的锌花颜色差异原因
70pm
表1亮色锌花处镀层的能谱分析结果Tab.1EDS analysis results of coating at the position of
bright spangles
区域U'o U'Al Ws U-Mn WFe UN 图谱1 6.57 1.6200.16091.65图谱20 2.5600097.44图谱3017.400025.8656.74图谱400 1.1109&890
(a)镀层形貌
Zn
Mnl
•oq ai Zn
Mn/.
246810
E/keV
(b)图谱1
12
Zn
1j\申Zn
一一.A Z".
24 6 81012
E/keV
(c)图谱2
Zn
2 4 6 81012
E/keV
(d)图谱3
2 4 6 81012
E/keV
(e)图谱4
图3亮色锌花处的镀层形貌及能谱分析结果Fig.3Morphology(a)and energy spectrum analysis results(b—e)of coating at the position of bright spangles 要是由于锌液中含有的Al元素和Fe元素与()发生化学反应.微量的Sb.Pb.Sn等元素容易在晶界
偏析并腐蚀晶界•降低镀层的耐蚀性•在高温或者潮湿的区域.甚至会产生黑斑。
暗灰色锌花随机出现.主要原因是锌层表面的结晶位向及表面晶面的密排度各有差异冏,合金元素偏析也不尽相同。
由图7可见:Zn元素从镀层最外层到最内层分
(d)Zn
图4亮色锌花处镀层的线扫描结果
Fig.4Line scanning results of coating at the
position of bright spangles
布相对均匀.而Al元素含量从最外层到最内层先
・13
・
袁清.等:热浸镀锌板的锌花颜色差异原因
(a)镀层形貌
Zn
Fe-Zn严
1/FZ i ZnO
(b)图谱1
20406080100120
20/C)
图6暗灰色锌花处镀层的XRD结果
Fig.6XRD results of of coating at the position of
dark grey spangles
Mn
Zn
Zn
…Mn八莎
510
(a)()
E/keV
(c)图谱2
o
Al c7n
Tn Fe Zn
伞、一.,\J\Zn,
510
E/keV
(d)图谱3
Fe Fe
丄_-.____
510
E/keV
(e)图谱4
图5暗灰色锌花处镀层的形貌及能谱分析结果
Fig.5Morphology(a)and EDS analysis results(b〜e)
of coating at the position of dark grey spangles
表2暗灰色锌花处镀层的能谱分析结果
Tab.2EDS analysis results of coating at the position
of dark grey spangles%
区域wo wai WMn UTe WZn
图谱110.9922.910.35 5.7260.03
图谱2 4.8800.78094.35
图谱310.597.38016.1765.87
图谱500099.890
减少后增多,最外层含有大量的Al及少量Fe元素,Fe元素来自于基体金属,由此可以断定镀层最外
(d)Zn
图7暗灰色锌花处镀层的线扫描结果
Fig.7Line scanning results of coating at the position
of grey spangles
・14
・
袁清.等:热浸镀锌板的锌花颜色差异原因
层含有A12O3与Fe3O4等宏观上呈暗灰色的金属化合物。
综上所述,产生暗灰色锌花的主要原因是镀层中A1元素及基体金属中的Fe元素能与外界的O 结合生成暗灰色的金属化合物Al2()3与Fe3O4o在高温或潮湿环境中,暗灰色锌花出现频率更高,为了避免暗灰色锌花出现,可以将镀锌板放置于低温且干燥的专用仓库中,这有利于保证镀锌板的表面质量。
3结论
通过扫描电子显微镜,能谱仪和X射线衍射分析仪,观察并分析了亮色与暗灰色锌花处的镀层横截面组织与化学元素。
亮色锌花处镀层最外层几乎不含A1元素,暗灰色锌花处镀层最外层含有大量A1元素及少量Fe元素。
产生暗灰色锌花的主要原因是锌液中微量元素在晶界处堆积,腐蚀晶界,降低镀层的耐蚀性,使得镀层中A1元素与基体金属中的Fe元素与外界O结合生成暗灰色的金属化合物AI2O3与Fe3O4o在高温或潮湿环境中,该现象更加明显。
因此,将夏天髙温环境中生产的镀锌板放置于低温且干燥的专用仓库中有利于保证镀锌板的表面质量。
参考文献:
[叮郑洪道.锌液中的铅对薄板热镀锌的影响[J].钢铁研究,1993,21(2):15-19.
[2]卢锦堂,王新华.陈锦虹,等.热镀锌钢上锌花的研究
进展[J].材料导报,2005,19(12):72-75.
[3]余金山,张津徐,吴建生,等.汽车用热镀锌钢板镀层
的性能综述[J].理化检验(物理分册),2005.41(7):
325-32&
[4]郑洪道.锌液中的铅对薄板热镀锌的影响[J].钢铁研
究,1993,21(2):15-19.
[5]李锋.吕家舜,贾丽娣,等.影响热浸镀锌钢板锌花形
成的因素[J].材料保护,2006,39(7):1-3.
[6]JAFFREY D,BROWNE J D,HOWARD T J.The
cracking of zinc spangles on hot-dipped galvanized
steel]J].Metallurgical Transactions B,1980,11(4):
631-635.
[7]常丽丽,陈红星,孙杰,等.热镀锌钝化板锌花形貌对
耐蚀性的影响[J]・材料保护,2005,38(11):49-55. [8]郭太雄•瞿祖贵.热镀锌影响因素综述[J].轧钢,
2000,17(1):48-51.
[9]郭难先,李九岭.小锌花生产技术研究[J].武钢技术.
1998(5):3-20.
[10]张文秋.锌花大小控制工艺[J].金属世界,2004(6):
8-20.
(上接第10页)
filled with functionalized graphene oxide nanosheets
[J].Corrosion Science,2016,109:182-205.
[1叮BARCHICHE C,DESLOUIS C,FESTY D,et al.
Characterization of calcareous deposits in artificial
seawater by impedance techniques]」].Electrochimica
Acta,2003,48(12):1645-1654.
[12]HOSEINIEH S M,SHAHRABI T.Influence of ionic
species on scaling and corrosion performance of AISI
316L rotating disk electrodes in artificial seawater
[J].Desalination,2017,409:32-46.
[13]YANG Y,SCANTLEBURY J,KOROLEVA E.A
study of calcareous deposits on cathodically protected
mild steel in artificial seawater[J].Metals,2015,5
(1):439-456.
[14]李成杰.深海阴极保护过程研究及其在温跃层环境
下数学模型的建立[D].青岛:中国海洋大学,2014.
投稿网址:www・mat-test・com
•15•。